低附加電壓零電壓開關無橋功率因數校正器及調制方法技術

本發明專利技術提供了一種低附加電壓零電壓開關無橋功率因數校正器及調制方法，包括功率因數校正器直流側負載，直流側電容，交流濾波電感，由兩個有反并聯二極管的全控主開關構成的一個橋臂，和一個由兩個二極管串聯構成的另一個橋臂，在直流側電容和由二極管構成的橋臂側直流母線之間接入由反并聯二極管的輔助開關，主開關和輔助開關兩端并聯電容，橋臂上的二極管兩端并聯電容，輔助開關兩端跨接諧振電感，諧振電感與跟輔助開關串聯的箝位電容共同組成諧振支路。本發明專利技術結構簡單，開關損耗小，電路效率高，有利于提高工作頻率，進而提高功率密度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及無橋功率因數校正器，具體地，涉及一種低附加電壓應力零電壓開關無橋功率因數校正器電路拓撲和調制方法。
技術介紹
目前通用的單相功率因數校正器，其電路如圖1所示，它包括由四個二極管D1 D4構成的單相全橋橋臂，接在橋臂中點與交流電網之間的輸入濾波電感L。這種單相功率因數校正器能夠實現用作通信電源等功能，但該電路的環路通道中二極管較多，導通損耗較大。為了減小二極管導通損耗，無橋功率因數校正器被提出，其電路如圖2所示，它包括由兩個有反并聯二極管的全控主開關S1 S2構成的一個橋臂，由兩個二極管D3 D4構成另一個橋臂，接在橋臂中點與交流電網之間的輸入濾波電感L，其特征是兩個主開關S1 S2分別并聯電容C1 C2,兩個二極管D3 D4分別并聯電容C3 C4,采用這種結構，消除了線路電流通道中一個二極管的壓降，提升了能效。但電路工作在硬開關狀態，存在著二極管的反向恢復問題，器件開關損耗大，限制了工作頻率的提高，降低了電路效率并且存在較大的電磁干擾。經檢索，公開號為101599695A的中國專利，該專利技術“提供了一種無橋功率因數校正電路及其控制方法，電路包括第一電感器、第二電感器、第一二極管、第二二極管、負載與電容的并聯支路，、第一可控開關器件、第二可控開關器件、第三可控開關器件、第四可控開關器件以及控制單元，所述控制單元控制所述第三可控開關器件和所述第四可控開關器件的關斷與導通，以實現其與市電工頻正負半周的切換同步。本專利技術提供的技術方案可進一步提高無橋功率因數校正電路的效率、改善了無橋無橋功率因數校正電路的電磁干擾共模噪聲。”與公開號為101599695A的中國專利申請相比，首先本專利技術提出的拓撲結構和相應的控制策略更加簡單，使用的開關器件更少，而且濾波電感體積和重量更小；其次，101599695A中提出的拓撲結構和控制策略主要目的在于通過增加一條并聯功率電流支路，使得并聯功率電流支路的阻抗值減小，從而減小此支路上的導通損耗，但該電路的所有開關管都是硬開關，在高頻工作條件下，功率因數校正器電路的開關損耗更為嚴重，因此101599695A提出的拓撲結構和控制策略在高頻工作時實際提升效率并不明顯，而本專利技術是通過增加一個輔助支路，實現所有開關的零電壓開通，有效抑制二極管反向恢復，從而減小開關損耗，在高頻工作時能有效提高了功率因數校正器效率，同時還可以有效降低EMI。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種可以抑制二極管的反向恢復電流，減小開關損耗，提高電路效率，減少電磁干擾并實現開關管零電壓開通的低附加電壓應力零電壓開關功率因數校正器及調制方法。根據本專利技術的一個方面，提供一種低附加電壓應力零電壓開關功率因數校正器，包括直流側負載R，與直流側負載R并聯的直流側電容C，由兩個有反并聯二極管的全控主開關Sp S2構成的一個橋臂，由兩個二極管D3、D4構成另一個橋臂，接在橋臂中點與交流電網之間的輸入濾波電感L，其中兩個主開關Sp S2分別并聯第一電容C1、第二電容C2，兩個二極管D3、D4分別并聯第三電容C3、第四電容C4，直流側電容C和二極管串聯而成的橋臂側直流母線之間接入由反并聯二極管的輔助開關S5與箝位電容C。構成的串聯支路，在該串聯支路的兩端跨接諧振電感Lp輔助開關S5的兩端并聯第五電容C5，諧振電感L與箝位電容C。共同組成諧振支路。根據本專利技術的另一個方面，提供一種低附加電壓零電壓開關無橋功率因數校正器的調制方法，其中主開關采用正弦波脈寬調制方法，輔助開關調制信號與主開關調制信號同步；輔助開關在主開關從二極管換流到全控開關之前關斷，為主開關創造零電壓開通條件；在輔助開關關斷的短暫時間內，通過諧振支路的作用，使諧振電感存儲足以實現功率因數校正器零電壓開關的能量。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果本專利技術的低附加電壓應力零電壓開關功率因數校正器結構簡單，功率因數校正器中全控開關的反并聯二極管的反向恢復得到抑制，減少了電磁干擾。電路中所有功率開關器件實現零電壓開通，從而減小開關損耗，提聞電路效率，有利于提聞工作頻率，進而提聞功率密度。該功率因數校正器的電路能夠實現對輸出直流電壓功率的控制和穩定，可用作通信直流電源。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖1是硬開關單相功率因數校正器；圖2是硬開關無橋單相功率因數校正器；圖3是本專利技術的第一種具體電路圖；圖4是本專利技術的第二種具體電路圖；圖5是本專利技術的第三種具體電路圖；圖6是本專利技術的第四種具體電路圖；圖7是本專利技術在正半周工況下的脈沖控制時序圖；圖8 圖15是本專利技術在正半周工況下一個開關周期的工作等效電路；圖16是本專利技術在正半周工況下一個開關周期的主要電壓和電流波形；圖17是本專利技術在負半周工況下的脈沖控制時序圖；圖18 圖25是本專利技術在負半周工況下一個開關周期的工作等效電路；圖26是本專利技術在負半周工況下一個開關周期的主要電壓和電流波形。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。參照圖3，本專利技術的低附加電壓應力零電壓開關功率因數校正器，包括直流側負載R，直流側電容C，由兩個有反并聯二極管D1 D2的全控主開關S1 S2構成的一個橋臂，由兩個二極管D3 D4構成另一個橋臂，接在橋臂中點與交流電網之間的輸入濾波電感L，其中兩個主開關S1 S2分別并聯一個電容即第一電容C1、第二電容C2,兩個二極管D3 D4分別并聯一個電容即第三電容仏、第四電容C4，直流側電容C和二極管串聯而成的橋臂側直流母線之間接入由反并聯二極管的輔助開關S5與箝位電容C。構成的串聯支路，在該串聯支路的兩端跨接諧振電感Lp輔助開關S5的兩端并聯第五電容C5,諧振電感L與箝位電容C。共同組成諧振支路。圖3所示具體實施例中，輔助開關S5發射極與箝位電容C。一端相聯，箝位電容C。另一端與功率因數校正器直流側電容C正端相聯，集電極與二極管橋臂正母線相聯，諧振電感L 一端與二極管橋臂正母線相聯，另一端與功率因數校正器直流側電容C正端相聯。圖4所示另一實施例中，輔助開關S5發射極與功率因數校正器直流側電容C正端相聯，集電極與箝位電容C。一端相連，箝位電容C。另一端與二極管橋臂正母線相聯，諧振電感L 一端與二極管橋臂正母線相聯，另一端與功率因數校正器直流側電容C正端相聯。圖5所示另一實施例中，輔助開關S5集電極與功率因數校正器直流側電容C負端相聯，發射極與箝位電容C。一端相連，箝位電容C。另一端與二極管橋臂負母線相聯，諧振電感L 一端與功率因數校正器直流側電容C負端相聯，另一端與二極管橋臂負母線相聯。圖6所示另一實施例中，輔助開關S5集電極與箝位電容C。一端相聯，發射極與二極管橋臂負母線相聯，箝位電容C。另一端與功率因數校正器直流側電容C負端相聯，諧振電感k 一端與單相橋臂負母線相聯，另一端與功率因數校正器直流側電容C負端相聯。低附加電壓零電壓開關功率因數校正器采用正弦波脈寬調制SPWM。在整個調制波周期內，SI與S2互本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低附加電壓零電壓開關無橋功率因數校正器，其特征在于：包括功率因數校正器直流側負載（R），直流側電容（C），由兩個有反并聯二極管(D1、D2)的全控主開關(S1、S2)構成的一個橋臂，由兩個二極管（D3、D4）構成另一個橋臂，接在橋臂中點與交流電網之間的輸入濾波電感(L)，其中：兩個主開關(S1、S2)分別并聯第一電容(C1)、第二電容(C2)，兩個二極管(D3、D4)分別并聯第三電容(C3)、第四電容(C4)，直流側電容(C)和二極管串聯而成的橋臂側直流母線之間接入由反并聯二極管（D5）的輔助開關(S5)與箝位電容(Cc)構成的串聯支路，在該串聯支路的兩端跨接諧振電感(Lr)，輔助開關(S5)的兩端并聯第五電容(C5)，諧振電感(Lr)與箝位電容(Cc)共同組成諧振支路。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李睿，王藝翰，梁星，蔡旭，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：